溼天然氣多相流量計的製作方法

2023-04-29 14:20:46

專利名稱：溼天然氣多相流量計的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於計量技術類。它具體涉及一種用 於天然氣-凝析液兩相或天然氣-凝析液-水三相混合物各相流量 計的結構。
技術背景天然氣正在成為繼石油之後的重要能源。中國和 世界各國正在加緊對陸地和海洋天然氣資源的勘探與開發，天然 氣的產量正在逐年提高，以滿足中國和世界經濟發展對能源不斷 增長的需求。在天然氣的生產過程中，從天然氣井中流出來的溼 天然氣常常含有凝析液、冷凝水及地層水，在天然氣生產系統和 輸運管道中形成天然氣-凝析液兩相流動或天然氣-凝析液-水三 相流動。溼天然氣多相流各相流量的計量是對各天然氣井及生產 區塊進行產量核算和天然氣藏優化管理的重要手段，特別是溼天 然氣含水率的^r測對海洋天然氣生產和輸運系統的流動保障有 著極其的重要意義。然而，截止目前，國際上只有一種由挪威 Roxar公司生產的溼天然氣流量計(美國專利US6915707 B2， 2005年)，它由錐型流量計和微波含水率儀構成。這種溼天然氣 流量計的結構複雜、價格十分昂貴，不適於大規模推廣使用。
發明內容本實用新型的目的是為克服前述的技術問題，特 提供一種能實現對陸地、海洋平臺、及水下天然氣井或區塊生產 出的溼天然氣多相混合物各相流量進行自動在線計量的溼天然 氣多相流量計的新方案-溼天然氣多相流量計，它具有結構簡單、製造和運行成本低、無放射性元器件、工作範圍寬廣、性 能穩定等特點。
按如上構思，本方案所提出的溼天然氣多相流量計的特徵
是它由測量溼天然氣多相流總流量的文丘裡管、測量溼天然氣 多相混合物平均密度的垂直管段及用來計算、記錄和顯示溼天然 氣多相流各相流量的計算機構成，在垂直管段的上下兩端裝有
A^壓差傳感器，在垂直管段和文丘裡管之間裝有A^壓差傳感器，
在垂直管段上遊或文丘裡管上延伸部分上裝有T溫度傳感器和P 壓力傳感器，前述的四個傳感器取出的數據信號分別傳給流量計 算機。
在本方案中，它的計算機部分是由輸入組分數據的儲存器、 氣液相平衡計算軟體、多相流動力學模型的計算軟體及輸出各相 流量數據的顯示部分構成，各部之間為順序連接，壓力傳感器和 溫度傳感器取得的數據信號送入氣液相平衡計算軟體，兩壓差傳 感器取得的數據信號送入多相流動力學模型的計算軟體。
本方案的優越性在於，它具有結構簡單且製造和運行成本 低，無放射性元器件對環境及人員無任何傷害，工作範圍寬廣且 性能穩定能實現對陸地、海下天然氣井和集輸管道中溼天然氣多 相混合流的在線即時計量。

圖1是本方案溼天然氣多相流量計的結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型為克服已有技術中溼天然氣流量 計結構複雜成本高的問題特提出本方案。它是由文丘裡管l、垂 直管段2和數據計算、顯示結果的流量計算機9所構成，垂直管 段和文丘裡管是同心且嚴密連接的管道，流量計的上下兩端有安 裝法蘭7和8，在垂直管段上裝有AP,壓差傳感器4,在垂直管段 與文丘裡管間裝有AP,壓差傳感器3,在文丘裡管上的延伸段上狀 有P壓力傳感器5和T溫度傳感器6，它的計算機部分包括有輸 入組分數據的儲存器10、氣液相平衡計算軟體11、多相流動力 學模型的計算軟體12及輸出各相流量數據的顯示部分13。壓力 傳感器5和溫度傳感器6取得的數據信號送入氣液相平衡計算軟 件，壓差傳感器3、壓差傳感器4取得的數據送入多相流動力學 模型的計算軟體12,經處理後輸出各相流量的l史據。
被測溼天然氣多相流體垂直向上流經與進口法蘭7相連接 的垂直管段，由壓差傳感器4測得溼天然氣多相流體流經垂直管 段時的壓降AP,;被測溼天然氣多相流體然後通過文丘裡管，由 壓差傳感器3測得溼天然氣多相流體通過文丘裡管時的壓降AP,; 在流經出口連接法蘭8之前，溼天然氣多相流體的壓力P和溫度 T分別用壓力傳感器5和溫度傳感器6測量。壓差傳感器3、壓 差傳感器4、壓力傳感器5和溫度傳感器6電信號全部輸入流量 計算機9，由其計算、記錄和顯示溼天然氣多相流各相流量。下面以多相流均相流摸型為例，進一步說明本實用新型的工 作原理。根據文丘裡管的流量公式，溼天然氣多相流體的總流
量a^和在管道內平均流速 可分別表示為，
其中^是管道的截面積，"是文丘裡管的喉部內經與管道內經之 比，"是文丘裡管的流量係數， 是溼天然氣多相混合物的平均 密度，M是文丘裡管的動壓差。由於文丘裡管兩個取壓點之間 的距離很短，其摩擦壓差比文丘裡管的動壓差小得多，可忽略不 計。
溼天然氣多相混合物流經垂直向上管段2的總壓差A 2是重位壓
差與摩擦壓差之和，可表示為，
^"""4* (3)
其中g是重力加速度，//是垂直管段上兩個取壓點之間的距離， 義是垂直管段內壁的摩阻係數，Z)是垂直管段的內經。將式(2) 代入式(3)得，
A 2,g"義全"2/^ (4)
在測得溼天然氣多相混合物流經文丘裡管1的動壓差A/^和垂直
管段2的總壓差AA後，可由式(4)計算出溼天然氣多相混合物的 平均密度 ，進而可由式(1)計算出溼天然氣多相流體的總流量2M。在由壓'力傳感器5和溫度傳感器6分別測出溼天然氣多相流體的 壓力P和溫度T後，根據輸入流量計算機9的溼天然氣的碳氫化 合物的組份比例，流量計算機可用存儲其內的組份模型進行氣液 相平衡計算，便可得出溼天然氣多相混合物中的凝析液與天然氣 的體積流量比例，即
7 =魚 (5)
其中2c和e。溼天然氣多相混合物中的凝析液與天然氣的體積流 量。
上式可進一步寫成
&=私 (6) 根據溼天然氣多相混合物總體積流量和總質量流量的定義，以下 兩個方程成立
其中&、 A:、和/V分別是溼天然氣多相混合物中的天然氣、凝
析液、和水的密度，^是溼天然氣多相混合物中水相的體積流量。
由於 和au可由式(4)和(i)算出，&、 Pc、 /v及"可由組
份模型算出，將方程(6)、 (7)和(8)進行聯立求解，便可得出溼
天然氣多相混合物中的天然氣、凝析液及水相的體積流量2c、本實用新型中的文丘管還可以用其它節流元件或壓差式流
量計代替，例如節流孔板、節流噴嘴、錐型流量計(即V-Cone)、 及阿紐巴:i^量計(Annubar)。
本方案的溼天然氣多相流量計具有結構簡單、製造和運行成 本低、無放射性元器件、工作範圍寬廣、性能穩定、能滿足絕大 多數現場測量精度要求等特點。可對陸地、海洋平臺、及水下天 然氣井或區塊生產出的溼天然氣多相混合物各相流量進行自動 在線計量。
權利要求1. 一種溼天然氣多相流量計，其特徵是它由測量溼天然氣多相流總流量的文丘裡管(1)、測量溼天然氣多相混合物平均密度的垂直管段(2)及用來計算、記錄和顯示溼天然氣多相流各相流量的計算機(9)構成，在垂直管段的上下兩端裝有ΔP2壓差傳感器(4)，在垂直管段和文丘裡管之間裝有ΔP1壓差傳感器(3)，在垂直管段的上遊或文丘裡管上延伸部分上裝有T溫度傳感器(6)和P壓力傳感器(5)，前述的四個傳感器取出的數據信號分別傳給流量計算機(9)。
2. 按照權利要求1所述的溼天然氣多相流量計，其特徵是 它的計算機部分是由輸入組分數據的儲存器(IO')、氣液相平衡 的計算軟體(11)、多相流動力學模型的計算軟體(12 )及輸出 各相流量數據的顯示部分(13)構成，各部之間為順序連接，壓 力傳感器(5 )和溫度傳感器(6 )取得的數據信號送入氣液相平 衡計算軟體，壓差傳感器(3 ) 、 ( 4 )取得的數據信號送入多相 流動力學模型的計算軟體(12)。
專利摘要本實用新型屬於計量技術類。為克服已有的溼天然氣流量計結構複雜、價格昂貴的問題特提出本方案。它是由垂直管段、文丘裡管和計算各相流量的計算機構成。在垂直管段和文丘裡管上裝有壓差傳感器、溫度和壓力傳感器，其計算機包括輸入組分數據的存儲器、氣液相平衡計算軟體、多相流動力學模型的計算軟體、及輸出各相流量數據的顯示部分。在垂直管段測出溼天然氣多相混合物平均密度，文丘裡管測得溼天然氣多相流總流量，再將各傳感器取得的數據送入計算機並與多相流量的流動力學模型比較和計算得出各相的流量，可輸出天然氣流量、凝析液流量和含水率。本方案具有結構簡單、製造和運行成本低、無放射性元器件、工作範圍寬廣、能穩定地在線計量等特點。
文檔編號G01F1/34GK201241692SQ20082014161
公開日2009年5月20日 申請日期2008年8月15日 優先權日2008年8月15日
發明者琪 何, 陳方非 申請人:天津瑞吉德科技有限公司